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[PCB技術(shù)] 當(dāng)刪則刪,這種電容本不該出現(xiàn)

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發(fā)表于 2020-7-16 14:25:40 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
作者:姜杰  (一博科技自媒體高速先生團(tuán)隊成員)

2020年轉(zhuǎn)眼過半,國內(nèi)疫云漸消,形勢向好!高速先生隊長領(lǐng)銜的團(tuán)隊在前方馬不停蹄的奔走于上海慕尼黑電子展和各地研討會,所到之處,座無虛席。

后方的研發(fā)團(tuán)隊也是一刻不松懈,緊張有序的應(yīng)對國內(nèi)外客戶的各種技術(shù)需求。高速先生最近遇到的這個案例恰好可以和之前一期短視頻《百兆赫茲的電源如何hold住Gbps的高速信號》形成呼應(yīng),順便也對視頻最后的問題做個答復(fù)。

簡單介紹哈案例的背景:客戶提供了電源信息及板級電容配置,需要我們做電源的PDN阻抗仿真。圍繞PDN阻抗仿真報告,我們展開了三個回合的較量友好交流。


客戶疑問:目前所顯示的去耦頻段只到100MHz,不足以展示平面等效電容的作用,希望拓寬頻段至GHz。


關(guān)于平面等效電容的去耦作用,其實高速先生之前也有做過研究,為了避免不同容值電容去耦頻段差異帶來的干擾,測試板采用了容值、封裝等參數(shù)一致的電容配置,最后得到去耦系統(tǒng)在板級不同頻段的作用圖示如下:



可以發(fā)現(xiàn),其實平面等效電容的去耦效果并沒有預(yù)期的那么好,而且平面電容與板級電容通常還會有個比較高的并聯(lián)諧振點,這對中高頻段的濾波也是不利的。當(dāng)然了,原理跟客戶講到了,也要拿出數(shù)據(jù)才有說服力,于是,我們按照客戶要求將PDN阻抗的頻段拓寬至GHz。



看到寄予厚望的平面等效電容并不給力,客戶并沒灰心,提議加兩個pF級的電容看能否將PDN高頻段的阻抗壓下來。


就沖這個方案,就得給客戶點個贊,因為能想出這個方案,說明客戶對電容去耦的頻段非常了解。這個方案在理論上也是可行的,不過,理論可行的另一個意思就是實際不行。于是,較量進(jìn)入第二回合。

我們不妨先看看村田某型號0402封裝100pF電容的阻抗曲線:



該電容的諧振頻點在678MHz,雖然還達(dá)不到1GHz,但是相對于uF級電容已經(jīng)是很大的提升了。那么,按照客戶的要求在板子上增加兩個pF級的電容后的PDN阻抗又是什么情況呢?結(jié)果又讓客戶失望了,電容增加前后的阻抗曲線基本重合,幾乎沒有變化!



客戶沉默半晌,牙縫里恨恨的崩出一個字:加電容!看到客戶執(zhí)著的樣子,高速先生想勸又不忍心,最后還是決定用仿真結(jié)果說話。

這次,索性將1nF和100pF的電容一次各加10個,看效果如何。



結(jié)果讓客戶崩潰,20個電容加下去,一點水花都沒見著,阻抗曲線依舊波瀾不驚。不過,這卻在高速先生的預(yù)料之中,問題的關(guān)鍵就在于板級去耦電容的安裝電感。由于pF級的電容去耦的頻段較高,而在這個頻段,電感將起主導(dǎo)作用,板級電容又受到安裝電感的局限較大(具體可參看下圖黃色路徑),最終將湮沒此類電容的去耦效果,這也是其它板級小容值電容發(fā)揮去耦作用的最大障礙。


回到本文標(biāo)題,作為一名嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓コ仟{,有必要加以補充:當(dāng)刪則刪,容值pF級的板級去耦電容本不該出現(xiàn)。















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